una se˜nal de PWM y se acopl´o un potenci´ometro al eje de giro de una llanta delantera para medir la orientaci´on de las llantas.
La implementaci´on del sistema de visi´on se llev´o a cabo en una estaci´on de trabajo, que cuenta con una tarjeta de captura de video. El algoritmo de visi´on implementado para el seguimiento del veh´ıculo est´a basado en la obtenci´on de una distribuci´on estad´ıstica del veh´ıculo y la obtenci´on de la posici´on m´as probable de dicha distribuci´on en la siguiente imagen de video. Este tipo de seguidor permite realizar pruebas, sin necesidad de hacer ajustes para diferentes niveles de luz o en las caracter´ısticas espec´ıficas del veh´ıculo. Para realizar la estimaci´on visual de la posici´on utilizando la c´amara m´ovil fue necesario realizar ajustes a los algoritmos de c´amara fija. Dentro de los ajustes se agreg´o la posici´on de la c´amara para estimar correctamente la nueva posici´on, cuando la c´amara se mueve.
Un trabajo similar al actual, dentro del Grupo Visi´on del CSI, fue realizado por [V´azquez 02]; donde se utiliz´o una c´amara fija para realizar el seguimiento y control de un veh´ıculo a escala. Las principales diferencias entre ambos trabajos se pueden observar en la Tabla 6.1 las cuales se dividen en tres: sensores del veh´ıculo, carac- ter´ısticas del sistema de visi´on e integraci´on del sistema. Entre las mejoras realizadas con respecto a ese trabajo se encuentran: la cantidad de informaci´on transmitida, el uso de un m´etodo de fusi´on de datos en la retroalimentaci´on y la incorporaci´on de una c´amara m´ovil. Al utilizar una c´amara m´ovil se incrementa el ´area de trabajo del veh´ıculo y, por tanto, las trayectorias que realiza pueden ser mas extensas.
Para validar la arquitectura se realizaron varios experimentos de seguimiento de trayectoria, los cuales incluyen seguimiento utilizando solamente sensores de odometr´ıa, la retroalimentaci´on con c´amara fija y la retroalimentaci´on con c´amara m´ovil. El sistema fue probado en condiciones de exterior, en donde la iluminaci´on puede afectar al sistema de visi´on y donde la exposici´on de los componentes a altas temperaturas puede hacer que no funcionen adecuadamente. Los resultados obtenidos muestran que el seguimiento de la trayectoria se realiza mejor cuando el veh´ıculo es retroalimentado con la informaci´on del sistema visual. El sistema funciona correctamente utilizando la c´amara tanto es su modo est´atico, como en modo m´ovil.
Los resultados obtenidos comprueban la hip´otesis inicial que el veh´ıculo se de- sempe˜na mejor al incorporar el sistema de visi´on como un sensor adicional, al puro uso de sensores de odometr´ıa. La incorporaci´on de una c´amara m´ovil incrementa el ´area de desplazamiento del VA. Los resultados mostrados en el Cap´ıtulo 5 muestran que el veh´ıculo alcanza mayor precisi´on al recibir la retroalimentaci´on y por tanto realiza con mayor fidelidad la trayectoria planeada. La posici´on obtenida por el sistema de odometr´ıa se incrementa con suavidad, pero acumula error; mientras tanto, la posici´on obtenida por el sistema de visi´on tiene menor error en el posicionamiento pero realiza cambios bruscos y ruidosos. Al fusionar ambas mediciones obtenemos las mejores caracter´ısticas de ambos, una se˜nal que se incrementa con suavidad teniendo poco
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Tabla 6.1: Diferencias entre el trabajo aqu´ı reportado y el trabajo realizado por [V´azquez 02] dentro del Laboratorio de Rob´otica del CSI.
[V´azquez 02] Trabajo actual Caracter´ısticas del VA
Sensor de desplazamiento Un codificador ´optico. Dos codificadores ´opticos. Sensor para la Ninguno. Potenci´ometro an´alogo. orientaci´on de llantas
Comunicaci´on RF 9,200bps RF 38,400bps Caracter´ısticas del Sistema de Visi´on
Tipo de c´amara C´amara fija C´amara m´ovil T´ecnica de M´etodos derivativos. M´etodo Integrales
seguimiento (vector de
desplazamiento medio). Estimaci´on de la M´etodos geom´etricos a Matriz de
posici´on partir de los valores de homograf´ıa basado distancia visibles m´ınimo y en [Zhang 99]. m´aximo y el ´angulo de
inclinaci´on de la c´amara.
Caracter´ısticas del Sistema Integrado
Retroalimentaci´on Estimaci´on de posici´on Estimaci´on de posici´on del sistema visual. obtenida de la fusi´on
de varios sensores.
error en el posicionamiento.
Las contribuciones de este trabajo se divide en tres partes:
VA. Se le da seguimiento a la t´ecnica de automatizaci´on de VA a escala desarrollada dentro del Laboratorio de Rob´otica del CSI, se integran un mayor n´umero de sensores al veh´ıculo haci´endolo m´as robusto, se mejor´o la comunicaci´on por RF permitiendo la transmisi´on de una mayor cantidad de informaci´on y se le cam- bi´o su unidad de procesamiento incrementando el n´umero de puertos para recibir y enviar informaci´on.
Sistema de visi´on. El seguimiento a los trabajos de visi´on desarrollados dentro del Laboratorio del CSI en cuanto al, uso de una c´amara m´ovil como sensor para un VA, el desarrollo de algoritmos para la estimaci´on de la posici´on utilizando la c´amara m´ovil, as´ı como mejoras al algoritmo de seguimiento para seguir al VA. Arquitectura. La creaci´on de una arquitectura la cual integra dos diferentes trabajos
realizados dentro del Laboratorio del CSI, uno en el ´area de la rob´otica y otro en el campo de la visi´on computacional, y el uso de algoritmos de fusi´on de datos
74 Cap´ıtulo 6. Conclusiones
para obtener una mejor estimaci´on de la posici´on del veh´ıculo.
Existen varios elementos que afectan el desempe˜no del sistema los cuales quedaron sin resolver dentro del presente trabajo, repartidos entre el VA, el del sistema de visi´on y la arquitectura. Los elementos que afectan el desempe˜no del VA son las fallas de ciertos componentes electr´onicos por causa del uso y el incremento en el consumo de corriente por algunos elementos sobre el veh´ıculo. Dentro del sistema de visi´on sobresalen el tama˜no fijo de la ventana de seguimiento, pues no se ajusta al cambio de tama˜no, ni a la orientaci´on del veh´ıculo, y las perturbaciones generadas por el algoritmo de seguimiento que presenta, peque˜nos desplazamientos a´un cuando ya ha encontrado al veh´ıculo, afectando la estimaci´on de la posici´on. La arquitectura es afectada mayormente por la comunicaci´on entre el VA y el control central, siendo la comunicaci´on su cuello de botella, ya que existe un retraso para al enviar y recibir la informaci´on y estando limitada la cantidad de informaci´on que se puede enviar.
As´ı, en una etapa futura se puede extender este trabajo para robustecer tanto al veh´ıculo, al sistema de visi´on y a la arquitectura. Por parte del veh´ıculo, se puede robustecer la estimaci´on de la posici´on agregando m´as sensores redundantes como giro- scopios y aceler´ometros; buscar una mejor distribuci´on de las bater´ıas de alimentaci´on para darles mayor vida ´util; y con la generaci´on de nuevas tarjetas electr´onicas eliminar errores de las deterioradas tarjetas actuales. Dentro del sistema visual se pueden inducir mejoras al incorporar algoritmos para modificar din´amicamente la ventana de seguimiento visual, ya que se conoce tanto el ´area de trabajo como el veh´ıculo utilizado; e incluir la detecci´on de obst´aculos utilizando el sistema de visi´on para evadir obst´aculos que se encuentren en su trayectoria. En lo que respecta a la arquitectura f´ısica, se recomienda cambiar los m´odulos de comunicaci´on por unos que permitan transmitir mayor cantidad de informaci´on y en un menor tiempo que los actuales.
Ap´endice A
Diagramas El´ectricos
Este ap´endice muestra los diagramas el´ectricos implementados sobre el veh´ıculo. Los circuitos el´ectricos realizados para el veh´ıculos son: la tarjeta del microcontro- lador, la tarjeta de potencia del puente-H, un circuito doblador de voltaje y la tarjeta concentradora de perif´ericos.
A.1
Tarjeta del microcontrolador
El comando completo del VA utiliza un microcontrolador de tipo MEGA 128. El diagrama de esta tarjeta se muestra en la Figura A.1. La tarjeta del microcontrolador se dise˜n´o como una tarjeta gen´erica para usarse en diferentes aplicaciones. La mayor parte de las conexiones del microcontrolador incluyendo interrupciones, contadores, convertidores an´alogos-digital y pines de comunicaci´on est´an conectados a pines de salida. La tarjeta cuenta con salidas para comunicaci´on de tipo RS-232 y RS-485 de forma que se permite construir redes con arreglos de microcontroladores. As´ı, la tarjeta tiene modalidad de maestro o esclavo para integrarse en una red de microcontroladores. As´ı mismo, tiene un conector dedicado para la programaci´on del microcontrolador. Se utilizan “jumpers” para cambiar el tipo de comunicaci´on que se va a utilizar y el modo (maestro o esclavo) en que trabaja el microcontrolador.